無機玻璃鋼通風管(又稱玻璃纖維氯氧鎂水泥通風管)是以氯氧鎂水泥為膠結料中堿玻璃纖維為增強材料、加入填充材料和改性劑等所制成的一種管材。它具有不燃燒、屬不燃材料A級,耐腐蝕、強度高和重量輕等特點。在建筑工程、地下工程及工業(yè)廠房的通風中,它已經(jīng)完全取代了不耐燃的農業(yè)生產體系玻璃鋼通風管,并在逐步取代預防性能差的鍍鋅鐵皮通風管。尤其是在濕度大的地下工程和長江以南地區(qū),它的優(yōu)越性更為顯著。近年來其應用普及全國各地。然而,通過氯氧鎂膠凝材料的研究及制品的檢驗,發(fā)現(xiàn)無機玻璃鋼通風管在生產中及工程應用中仍存在一些質量問題。有的質量問題嚴重影響了工程的使用壽命,應引起大家足夠重視。 l通風管的質量問題 1.l外觀質量 (1)吸潮返鹵。在一組試樣的3塊板上各任意切取150×150mm試樣,放入相對濕度≥90%,溫度30-40℃的恒溫恒濕箱中,24h及48h后取出觀察有無水珠或變潮。這是檢驗制品在高溫高濕的環(huán)境中表面的潮濕情況。產生吸潮返鹵的主要原因是硬化體中殘留的MgCl2溶液因蒸發(fā)作用,在靠近表面的縫隙中析出MgCl2·6H2O晶體,而MgCl2·6H2O晶體是強吸潮劑。當空氣相對濕度非常大時,這些晶體會吸收空氣中的水分,在制品表面凝結造成表面掛滿水珠,嚴重時出現(xiàn)水珠連成一片形成流淌現(xiàn)象。如果空氣濕度變低,硬化體表面水分蒸發(fā),留下了斑斑白跡。所以,含有未反應完全MgCl2的鎂水泥硬化體在使用和存放過程中會隨著環(huán)境濕度的不同發(fā)生吸潮返鹵-干燥的反復文化。這種變化不僅影響了制品的外觀質量,而且降低了制品的耐水性和使用壽命。 (2)泛霜。用肉眼觀察或用手指抹管表面,看到有白色鹽析出物,這就是泛霜。通過化學分析可知這層白霜的主要成分是MgO和Mg(OH)2。在配料中,如果出現(xiàn)MgO過剩,未與MgCl2反應的MgO又與空氣中的水分發(fā)生反應生成白色的Mg(OH)2。另外,所用鹵水中含有可溶性的堿金屬鹽類;如KCI、NaCI等。在水化過程中,可溶性減金屬鹽沿著制品的微細孔擴散到表面,當水分蒸發(fā)后就留下白色的殘余物,形成所說的“泛霜”。泛霜可造成制品褪色、泛白、顏色不均勻等。 (3)翹曲變形。通風管道大多是一些薄壁、大幅畫的產品,在生產和使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)翹曲變形的問題。主要原因:①鎂水泥在自然養(yǎng)護條件下其體積是一個連續(xù)膨脹過程,其線膨脹率為0.1~0.2%,體積膨脹率約為1%;②菱鎂礦在服燒過程中不可避免地產生局部過燒,使一部分MgO呈死燒狀態(tài),過燒的MgO水化過程很慢,當已形成強度的水泥石中的MgO再遇水進行水化時,生成Mg(OH)2,體積膨脹120%;③輕燒氧化鎂中游離CaO水化時體積膨脹90%,而鹵片中存在著SO42-,當Ca(OH)2轉化成石膏時,固體體積將增加2倍以上,導致制品變形,這也是限制輕燒氧化鎂中游離CaO含量、鹵片中SO42-含量的原因;④MgO-Mg-C12-H2O系統(tǒng)水化過程是一個強烈的放熱反應過程,而生產的管道體積又大,若環(huán)境溫度較高,則反應升溫過程,板材本體溫度過高,反應不充分,造成非常大的結晶應力和熱膨脹應力,使制品體積膨脹。 1.2力學性能 (1)抗彎強度低。標準 JC646- 1996 對抗奇強度的指標和檢驗方法都作了詳細的規(guī)定,主要是考慮了通風管道是薄壁(3~8mm)、大幅面(可達5~6m2)的產品,而且長期懸空使用,使用壽命要求在30年以上,所以抗彎強度是一項非常重要的力學性能指標?箯潖姸鹊偷闹饕蚴洽偈褂昧瞬缓细竦牟AЮw維布,如高喊布或玻璃絲布的經(jīng)緯都太稀疏、或是玻璃布厚度太;②鋪放的玻璃公布層數(shù)太少,達不到標準的要求。 (2)耐水性差。通風管道長期在潮濕的環(huán)境下使用,其力學性能不顯著降低的性質稱為耐水性。通風管道使用的環(huán)境比較復雜,如地下、防空洞、煤礦等地方基本長期處于潮濕的環(huán)境,而長江以南地區(qū)濕度更大,這要求通風管道必須有良好的耐水性。但普通的或改性效果不好的管道耐水性很差,軟化系數(shù)只有0.2~0.4,即強度喪失60~80%,基本失去使用性能。通風管道水化硬化的主要產物是518相(五相)和 318相(三相),兩者皆為晶體結構,一般是針桿狀形態(tài)。它們相互交叉搭接,穿插排列成網(wǎng)狀結構,變成堅固的水泥石而產生較高的機械強度。但三、五相在結構上屬亞穩(wěn)態(tài),它們晶體間相互交叉穿插,但并沒有結合成整體;只是類似于石膏晶體相穿插,粘附形成一體;在網(wǎng)狀結構中存在著大量熱力學不穩(wěn)定的接觸點,當暴露于水中后,晶體間的穿插和吸附作用消失,易發(fā)生水解,使制品耐水性變差。 (3)韌性差、脆性大是通風管道在安裝、維護中所經(jīng)常遇到的問題。在這一過程中,制品肯定要受到外來非常大的撞擊和壓力,如腳踩、手按、重物的碰施、甚至是受銳器的強烈沖擊等。制品表面受到破壞,或產生放射狀大裂紋或產生網(wǎng)狀細裂紋,降低了管道的耐久性。較直觀的檢驗是用剛脫;蝠B(yǎng)護好或安裝前的管道,大面朝上用手向下用力按壓,韌性差的管道會發(fā)生“嘎巴、嘎巴”似管壁斷裂的聲音,人更是不敢站上去;韌性好的管道卻聽不到任何聲音,人站在管道上面有一種顫悠悠的感覺。 2影響質量的主要因素 2.1輕燒氧化鎂 輕燒氧化鎂是天然菱鎂礦經(jīng)800-900℃煅燒,MgCO3分解成MgO,再經(jīng)磨細而成。鎂水泥所用的氧化鎂必須具有活性。氧化鎂的活性是指它與水或MgC12溶液混合后具有發(fā)生水化反應的能力,亦稱水活性。話講氧化鎂也是衡量輕燒粉質量和進行配料計算的重要依據(jù);钚匝趸V含量總是比總氧化鎂含鎂要低。這之間的差值一是在低燒中與燒失較相關的氫氧化鎂和碳酸鎂含量,二是反應活性很差的過燒氧化鎂,而過燒氧化鎂的存在使制品體積安定性變并。平常人們講的“80粉”、“85粉”都是指總氧化鎂含量,所以要把這二者區(qū)別開來。 現(xiàn)在菱鎂行業(yè)使用的輕燒氣化鎂標準是JC/T449-91“建筑材料用菱苦土”,后來又修改為JC/T449-2000“鎂質膠凝材料用原料”。這兩個標準的主要控制指標為總Mgo、游離CaO、燒失量、凝結時間、細度和安定性;但都未設活性MgO指標。容易給生產配方計算帶來失誤。新制定的菱鎂行業(yè)標準WBT1019-2002“菱鎂制品用輕燒氧化鎂”已于2002年 11月 1日起實施,該標準中增加了活性MgO含量指標,并規(guī)定MgO的檢驗方法。筆者建議通風管使用一等品以上的輕燒氧化鎂。 2.2工業(yè)氯化鎂 工業(yè)氯化鎂是氛氧鎂水泥的調和劑。它以MgCl2·6H2O形式存在,有海產和鹽湖產兩種。前者分鹵塊、鹵片等,后者主要足結晶體。目前市場上流通的一部分海產氯化鎂質量較差,主要足NaCl、KCL、CaCl2、SO42-等有育雜質合錄過高,從而引起制品吸潮返鹵、泛霜、變形等弊病,因此生產中應嚴格控制其化學成分,建議通風管使用的工業(yè)氯化欽指標如表1。 表1 通風管用工業(yè)氧化鎂控制指標
化學成分 MgCl2 KCl NaCl CaCl2 SO42- 含量/% ≥45 ≤0.5 ≤1.0 ≤0.5 ≤2.8 2.3增強玻璃纖維布 由于鎂水泥漿體的PH值在8.5-9.5,比硅酸鹽水泥漿體的12.5-13低的多,因此可以用中堿玻璃纖維網(wǎng)布來做通風管道的增強材料。玻纖布的厚度及鋪放層數(shù)對通風管道的抗奇強度和抗沖擊強度有很大影響。 JC646-1996標準對通風管道中玻璃纖維布的厚度及鋪設層數(shù)都作了明確規(guī)定,見表2。筆者發(fā)現(xiàn),由于社會上不正當?shù)膬r格競爭,一部分生產廠又開始使用國家明文規(guī)定嚴禁使用的陶土坩堝拉制的高堿玻纖布。在山東德州、武城,河北棗強。江蘇宜興等地,部分銷售商和生產廠使用的0.4mm玻纖網(wǎng)布價格只有 0.45元m(幅寬 0.9m),真實的中堿布反而不好賣,出現(xiàn)了一種不正,F(xiàn)象。通風管中使用高堿布,在短期內產品強度也很高,處理好也能達到國家標準,但試驗表明,一年后管道的強度下降約40%,以后強度還要逐年降低,而且管道還會開裂、粉化等,因此應特別加強對玻璃纖維布的管理和使用。 表2 無機玻璃鋼通風管對玻璃纖維布的鋪放要求
圓形風管直徑或矩形風管大邊長 鋪設玻璃纖維布層數(shù)層 風管管體 法蘭 玻璃纖維布厚度mm mm 0.3 0.4 0.3 0.4 小于300 5-6 4-5 8-9 7-8 320-500 7-8 5-6 10-12 8-9 530-1000 8-9 6-7 13-14 9-10 1060-1500 9-10 7-8 14-16 10-11 1600-2000 12-13 8-9 16-18 14-15 大于2000 14-15 9-10 20-22 16-18 2.4生產配比 通風管道的生產配比主要根據(jù)MgO/MgCl2、H2O/MgCl2。兩個比值來計算,MgO/MgCl2越大,強度越高;H2O/MgCl2越小,強度越高。但要注意比值對吸潮返鹵性、變形及科漿和易性的影響。生產中出現(xiàn)的一個誤區(qū)是很多人把MgO/MgCl2中的MgO看成是總MgO,而實際上一是參與化學反應的活性MgO的量。筆者建議,通風管配料的MgO/MgCl2為7-9,H2O/MgCl2為15一18,但也要根據(jù)溫度。濕度以及填充材料的不同來進行調整。 2.5養(yǎng)護條件 在溫度20-35℃、相對濕度60一70%的室內環(huán)境下,成型24h即可脫模,脫模后不要立即拆除表面的聚脂薄膜,保溫保濕養(yǎng)護3一5d。養(yǎng)護溫度過高會引起制品內水分快速蒸發(fā),水化反應過早地停止,導致制品泛霜、翹曲變形;溫度過低會延緩能機硬化速度,延年脫模時間,降低強度;現(xiàn)在有的生產企業(yè)受生產場地限制,沒有專門的養(yǎng)護室,脫模后的管放到室外露天堆放。更有甚者,成型后即把管連同模具一起放于室外,遭受太陽的暴曬。有的企業(yè)受模具數(shù)量限制,上午成型的管道僅凝固5個多小時就脫模,以便下午再次使用模具。這些做法都會破壞管道的早期性能,并危機后期性能。 3改性技術的發(fā)展 針對現(xiàn)在通風管道存在的種種不足,經(jīng)系統(tǒng)試驗研究,研制成功第三代菱鎂膠凝材料改性劑。該技術通過了山東省科技廳鑒定,申報了發(fā)明專利,并成功地應用于通風管道中,解決了通風管道的種種弊病。 3.1改善表面性能 通過外加改性劑的方式可大幅提高管道的表面質量,使其不吸潮返鹵、不泛霜。原理如下:①改變管道的表面性能,使其親水性降低;憎水性提高,并將游離的MgCl2。屏蔽起來;②外摻的改性劑具有很強的減水功能,可在保證料漿流動性、和易性不變的前提下,降低料漿中的鹵水用量,亦即是降低了游離MgCl2的含量,料漿水灰比的降低也減少了制品的毛細通道,同時提高了制品的耐水性;③加入一些無機活性填料,加活性處粉、硅灰、粉煤灰等,活性SiO2能與體系中過剩的 Mg2+反應,生成抗水性較強的MgSiO3膠凝結品化合物。 3.2提高耐水性能 改性劑提高耐水性的機理:可以改變硬化相的結晶外貌,使518相變得更細小、更致密。通過電鏡分析知道,未改性的鎂水泥體主要是一些針桿狀結晶,在此網(wǎng)狀結構中存在大量熱力學不穩(wěn)定的結晶接觸點,遇水易發(fā)生水解。改性后的結構以短棒狀或板塊狀品體為主,耐水性得到提高;加入的高分子聚合物能在絡合物周圍產生高聚物并包覆Mg(OH)2結晶體,形成良好的防水保護層,同時堵塞結晶體中的毛細通道。 3.3改善力學性能 主要途徑是,①在體系中摻入增韌劑,增強系統(tǒng)中農業(yè)生產體系物和無機物之間的親和力,起到分子橋的作用,從而使制品具有良好的抗沖擊性和韌性;②加入消泡劑,可有效地減少料漿中的氣泡,從而提高制品的密實度,提高度度和耐水性;并能改善管道的發(fā)面質量。 3.4 改善料裝件和物的性能 加入緩凝劑,可延長料漿的初凝時間,提高和易性,并能提高制品的強度和耐水性。這一部分的內容,筆者已在“新型建筑材料”2002年第 7期作了詳細介紹,在此不再重復。 應則該技術生產的改性無機玻璃鋼通風管道,經(jīng)國家防火建筑材料質量監(jiān)督檢驗中心測試,性能符合JC646-1996標準中一等品的要求,見表3。 表3 改性無機玻璃鋼通風管性能 表觀密度g·cm-3 吸水率% 執(zhí)彎強度MPa 軟化系數(shù) 法蘭抗沖擊強度kj·m-2 實測值 1.6 10 90 0.92 30 4 結束 (1)無機玻璃鋼通風管道具有不燃燒、耐腐蝕、強度高、重量輕等優(yōu)點,現(xiàn)已成為通風管道的優(yōu)選產品,市場前景廣闊; (2)氯氧鎂膠凝材料固有的耐水性差、易吸潮返鹵、泛霜、易變形等弊病嚴重降低了通風管過的使用質量,如不完全解決將影響該行業(yè)的發(fā)展; (3)在無機玻璃鋼通風管的生產中,要嚴格控制主要原材料的質量指標,切實做到不合格的原料不進廠,并嚴格生產工藝和生產配方,這是保證產品質量的基礎; (4)新一代改性劑的使用可改善通風管的表面質量、提高抗彎強度、韌性及耐水性、并改善拌和物的成型性能,從根本上克服氯氧鎂材料的弊病,提高其質量和使用壽命。
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